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本文主要介紹了高速PCB的EMC設計原則，首先介紹了PCB設計的EMC基礎知識，其次闡述了PCB中EMC設計的重要性以及PCB中EMC設計相關(guān)項，最后詳細的介紹了關(guān)于高速PCB的EMC設計的47項原則，具體的跟隨小編一起來(lái)了解一下。 PCB設計的EMC基礎知識 部分電磁兼容的基礎知識，是優(yōu)秀的PCB工程師需要了解或掌握的，主要如下： 電磁兼容、電磁場(chǎng)與電磁波、高速電路設計、信號完整性、電源完整性、數字電路、模擬電路、高頻電路原理、開(kāi)關(guān)電源等。 PCB中EMC設計的重要性 PCB是EMC技術(shù)中最值得探討的部分。它不僅是設備工作頻率最高的部分， 同時(shí)，也是電平最低、對電磁騷擾最為敏感的部分。PCB的EMC設計中，實(shí)際上已經(jīng)包含了接地設計、去耦/旁路設計、串擾屏蔽等EMC設計知識。EMC設計良好的PCB，不但可以降低流過(guò)千擾共模電流時(shí)產(chǎn)生的壓降，同時(shí)也是減小環(huán)路的重要手段， 因此，一個(gè)有著(zhù)良好去耦與旁路設計PCB的設備相當于有一個(gè)健壯的“體格”。 PCB板是電子產(chǎn)品最基本的部件，也是絕大部分電子元器件的載體。當一個(gè)產(chǎn)品的PCB板設計完成后，可以說(shuō)其核心電路的騷擾和抗擾特性就基本已經(jīng)確定下來(lái)了，要想再提高其電磁兼容特性，就只能通過(guò)接口電路的濾波和外殼的屏蔽來(lái)“圍追堵截”了，這樣不但大大增加了產(chǎn)品的后續成本，也增加了產(chǎn)品的復雜程度，降低了產(chǎn)品的可靠性。 可以說(shuō)一個(gè)好的PCB板可以解決大部分的電磁騷擾問(wèn)題，只要在接口電路排板時(shí)適當增加瞬態(tài)抑制器件和濾波電路就可以同時(shí)解決大部分抗擾度和騷擾問(wèn)題。 在PCB布線(xiàn)中增強電磁兼容性不會(huì )給產(chǎn)品的最終完成帶來(lái)附加費用。如果，在PCB板設計中，產(chǎn)品設計師往往只注重提高密度，減小占用空間，制作簡(jiǎn)單，或追求美觀(guān)，布局均勻，忽視了線(xiàn)路布局對電磁兼容性的影響，使大量的信號輻射到空間形成騷擾。那么這個(gè)產(chǎn)品將導致大量的EMC問(wèn)題。 PCB中EMC設計相關(guān)項 高速PCB的EMC設計原則 原則1：PCB時(shí)鐘頻率超過(guò)5MHZ或信號上升時(shí)間小于5ns，一般需要使用多層板設計。 原因：采用多層板設計信號回路面積能夠得到很好的控制。 原則2：對于多層板，關(guān)鍵布線(xiàn)層（時(shí)鐘線(xiàn)、總線(xiàn)、接口信號線(xiàn)、射頻線(xiàn)、復位信號線(xiàn)、片選信號線(xiàn)以及各種控制信號線(xiàn)等所在層）應與完整地平面相鄰，優(yōu)選兩地平面之間。 原因：關(guān)鍵信號線(xiàn)一般都是強輻射或極其敏感的信號線(xiàn)，靠近地平面布線(xiàn)能夠使其信號回路面積減小，減小其輻射強度或提高抗干擾能力。 原則3：對于單層板，關(guān)鍵信號線(xiàn)兩側應該包地處理； 原因：關(guān)鍵信號兩側包地，一方面可以減小信號回路面積，另外防止信號線(xiàn)與其他信號線(xiàn)之間的串擾。 原則4：對于雙層板，關(guān)鍵信號線(xiàn)的投影平面上有大面積鋪地，或者與單面板一樣包地打孔處理。 原因：與多層板關(guān)鍵信號靠近地平面相同 原則5：多層板中，電源平面應相對于其相鄰地平面內縮5H-20H（H為電源和地平面的距離）。 原因：電源平面相對于其回流地平面內縮可以有效抑制邊緣輻射問(wèn)題。 原則6：布線(xiàn)層的投影平面應該在其回流平面層區域內。 原因：布線(xiàn)層如果不在回流平面層的投影區域內，會(huì )導致邊緣輻射問(wèn)題，并且導致信號回路面積增大，從而導致差模輻射增大。 原則7：多層板中，單板TOP、BOTTOM層盡量無(wú)大于50MHZ的信號線(xiàn)， 原因：最好將高頻信號走在兩個(gè)平面層之間，以抑制其對空間的輻射。 原則8：對于板級工作頻率大于50MHz的單板，若第二層與倒數第二層為布線(xiàn)層，則TOP和BOOTTOM層應鋪接地銅箔。 原因：最好將高頻信號走在兩個(gè)平面層之間，以抑制其對空間的輻射。 原則9：多層板中，單板主工作電源平面（使用最廣泛的電源平面）應與其地平面緊鄰。 原因：電源平面和地平面相鄰可以有效地減小電源電路回路面積。 原則10：在單層板中，電源走線(xiàn)附近必須有地線(xiàn)與其緊鄰、平行走線(xiàn)。 原因：減小電源電流回路面積。 原則11：在雙層板中，電源走線(xiàn)附近必須有地線(xiàn)與其緊鄰、平行走線(xiàn)。 原因：減小電源電流回路面積。 原則12：在分層設計時(shí)，盡量避免布線(xiàn)層相鄰的設臵。如果無(wú)法避免布線(xiàn)層相鄰，應該適當拉大兩布線(xiàn)層之間的層間距，縮小布線(xiàn)層與其信號回路之間的層間距。 原因：相鄰布線(xiàn)層上的平行信號走線(xiàn)會(huì )導致信號串擾。 原則13：相鄰平面層應避免其投影平面重疊。 原因：投影重疊時(shí)，層與層之間的耦合電容會(huì )導致各層之間的噪聲互相耦合。 原則14：PCB布局設計時(shí)，應充分遵守沿信號流向直線(xiàn)放臵的設計原則，盡量避免來(lái)回環(huán)繞。 原因：避免信號直接耦合，影響信號質(zhì)量。 原則15：多種模塊電路在同一PCB上放臵時(shí)，數字電路與模擬電路、高速與低速電路應分開(kāi)布局。 原因：避免數字電路、模擬電路、高速電路以及低速電路之間的互相干擾。 原則16：當線(xiàn)路板上同時(shí)存在高、中、低速電路時(shí)，應該遵從高、中速電路遠離接口。 原因：避免高頻電路噪聲通過(guò)接口向外輻射。 原則17：存在較大電流變化的單元電路或器件（如電源模塊：的輸入輸出端、風(fēng)扇及繼電器）附近應放臵儲能和高頻濾波電容。 原因：儲能電容的存在可以減小大電流回路的回路面積。 原則18：線(xiàn)路板電源輸入口的濾波電路應靠近接口放臵， 原因：避免已經(jīng)經(jīng)過(guò)了濾波的線(xiàn)路被再次耦合。 原則19：在PCB板上，接口電路的濾波、防護以及隔離器件應該靠近接口放臵。 原因：可以有效的實(shí)現防護、濾波和隔離的效果。 原則20：如果接口處既有濾波又有防護電路，應該遵從先防護后濾波的原則。 原因：防護電路用來(lái)進(jìn)行外來(lái)過(guò)壓和過(guò)流抑制，如果將防護電路放臵在濾波電路之后，濾波電路會(huì )被過(guò)壓和過(guò)流損壞。 原則21：布局時(shí)要保證濾波電路（濾波器）、隔離以及防護電路的輸入輸出線(xiàn)不要相互耦合。 原因：上述電路的輸入輸出走線(xiàn)相互耦合時(shí)會(huì )削弱濾波、隔離或防護效果。 原則22：?jiǎn)伟迳先绻O計了接口“干凈地”，則濾波、隔離器件應放臵在“干凈地”和工作地之間的隔離帶上。 原因：避免濾波或隔離器件通過(guò)平面層互相耦合，削弱效果。 原則23：“干凈地”上，除了濾波和防護器件之外，不能放臵任何其他器件，原因：“干凈地”設計的目的是保證接口輻射最小，并且“干凈地”極易被外來(lái)干擾耦合，所以“干凈地”上不要有其他無(wú)關(guān)的電路和器件。 原則24：晶體、晶振、繼電器、開(kāi)關(guān)電源等強輻射器件遠離單板接口連接器至少1000mil。原因：將干擾會(huì )直接向外輻射或在外出電纜上耦合出電流來(lái)向外輻射。 原則25：敏感電路或器件（如復位電路、：WATCHDOG電路等）遠離單板各邊緣特別是單板接口側邊緣至少1000mil。 原因：類(lèi)似于單板接口等地方是最容易被外來(lái)干擾（如靜電）耦合的地方，而像復位電路、看門(mén)狗電路等敏感電路極易引起系統的誤操作。 原則26：時(shí)鐘、總線(xiàn)、射頻線(xiàn)等關(guān)鍵信號走線(xiàn)和：其他同層平行走線(xiàn)應滿(mǎn)足3W原則。 原因：避免信號之間的串擾。 原則27：電流≥1A的電源所用的表貼保險絲、磁珠、電感、鉭電容的焊盤(pán)應不不少于兩個(gè)過(guò)孔接到平面層。 原因：減小過(guò)孔等效阻抗。 原則28：差分信號線(xiàn)應同層、等長(cháng)、并行走線(xiàn)，保持阻抗一：致，差分線(xiàn)間無(wú)其它走線(xiàn)。 原因：保證差分線(xiàn)對的共模阻抗相等，提高其抗干擾能力。 原則29：關(guān)鍵信號走線(xiàn)一定不能跨分割區走線(xiàn)（包括過(guò)孔、焊盤(pán)導致的參考平面間隙）。 原因：跨分割區走線(xiàn)會(huì )導致信號回路面積的增大。 原則30：信號線(xiàn)跨其回流平面分割地情況不可避免時(shí)，建議在信號跨分割附近采用橋接電容方式處理，電容取值為1nF。 原因：信號跨分割時(shí)，常常會(huì )導致其回路面積增大，采用橋接地方式是人為的為其設臵信號回路。 原則31：?jiǎn)伟迳系臑V波器（濾波電路）下方不要有其他無(wú)關(guān)信號走線(xiàn)。 原因：分布電容會(huì )削弱濾波器的濾波效果。 原則32：濾波器（濾波電路）的輸入、輸出信號線(xiàn)不能相互平行、交叉走線(xiàn)。 原因：避免濾波前后的走線(xiàn)直接噪聲耦合。 原則33：關(guān)鍵信號線(xiàn)距參考平面邊沿≥3H（H為線(xiàn)距離參考平面的高度）。 原因：抑制邊緣輻射效應。 原則34：對于金屬外殼接地元件，應在其投影區的頂層上鋪接地銅皮。 原因：通過(guò)金屬外殼和接地銅皮之間的分布電容來(lái)抑制其對外輻射和提高抗擾度。 原則35：在單層板或雙層板中，布線(xiàn)時(shí)應該注意“回路面積最小化”設計。 原因：回路面積越小、回路對外輻射越小，并且抗干擾能力越強。 原則36：信號線(xiàn)（特別是關(guān)鍵信號線(xiàn)）換層時(shí)，應在其換層過(guò)孔附近設計地過(guò)孔。 原因：可以減小信號回路面積。 原則37：時(shí)鐘線(xiàn)、總線(xiàn)、射頻線(xiàn)等：強輻射信號線(xiàn)遠離接口外出信號線(xiàn)。 原因：避免強輻射信號線(xiàn)上的干擾耦合到外出信號線(xiàn)上，向外輻射。 原則38：敏感信號線(xiàn)如復位信號線(xiàn)、片選信號線(xiàn)、系統控制信號等遠離接口外出信號線(xiàn)。 原因：接口外出信號線(xiàn)常常帶進(jìn)外來(lái)干擾，耦合到敏感信號線(xiàn)時(shí)會(huì )導致系統誤操作。 原則39：在單面板和雙面板中，濾波電容的走線(xiàn)應先經(jīng)濾波電容濾波，再到器件管腳。 原因：使電源電壓先經(jīng)過(guò)濾波再給IC供電，并且IC回饋給電源的噪聲也會(huì )被電容先濾掉。 原則40：在單面板或雙面板中，如果電源線(xiàn)走線(xiàn)很長(cháng)，應每隔3000mil對地加去耦合電容，電容取值為10uF＋1000pF。 原因：濾除電源線(xiàn)上地高頻噪聲。 原則41：濾波電容的接地線(xiàn)和接電源線(xiàn)應該盡可能粗、短。 原因：等效串聯(lián)電感會(huì )降低電容的諧振頻率，削弱其高頻濾波效果。 原則42：為IC濾波的各濾波電容應盡可能靠近芯片的供電管腳放臵。 原因：電容離管腳越近，高頻回路面積越小，從而輻射越小。 原則43：對于始端串聯(lián)匹配電阻，應靠近其信號輸出端放臵。 原因：始端串聯(lián)匹配電阻的設計目的是為了芯片輸出端的輸出阻抗與串聯(lián)電阻的阻抗相加等于走線(xiàn)的特性阻抗，匹配電阻放在末端，無(wú)法滿(mǎn)足上述等式。 原則44：PCB走線(xiàn)不能有直角或銳角走線(xiàn)。 原因：直角走線(xiàn)導致阻抗不連續，導致信號發(fā)射，從而產(chǎn)生振鈴或過(guò)沖，形成強烈的EMI輻射。 原則45：盡可能避免相鄰布線(xiàn)層的層設臵，無(wú)法避免時(shí)，盡量使兩布線(xiàn)層中的走線(xiàn)相互垂直或平行走線(xiàn)長(cháng)度小于1000mil。 原因：減小平行走線(xiàn)之間的串擾。 原則46：如果單板有內部信號走線(xiàn)層，則時(shí)鐘等關(guān)鍵信號線(xiàn)布在內層（優(yōu)先考慮優(yōu)選布線(xiàn)層）。 原因：將關(guān)鍵信號布在內部走線(xiàn)層可以起到屏蔽作用。 原則47：時(shí)鐘線(xiàn)兩側建議包地線(xiàn)，包地線(xiàn)每隔3000mil打接地過(guò)孔。 原因：保證包地線(xiàn)上各點(diǎn)電位相等。 |
